專利名稱：焊接裝置及焊接方法
技術領域：
本發(fā)明涉及焊接裝置及焊接方法，更為具體的是涉及具有賦予焊接 部位熱能的焊炬和向焊接部位供給填充焊絲的焊絲供給單元，通過焊絲 銀給皇開,^7撥勝都傳雄給'淳絲.并報過煤報瞌早'煤接都Ji執(zhí)能.同時佳_
其沿著焊接線移動而將接合對象相互接合的焊接裝置及焊接方法。
其中，這里所稱的焊接是指，除將作為母材的接合對象熔融的情況 之外，還包括盡可能地不將作為母材的接合對象熔融的"釬焊"。
背景技術：
為了將接合對象相互接合，以往廣泛使用的是，通過焊絲供給單元 供給填充焊絲，同時通過焊炬賦予焊接部位熱能來進行焊接的技術。另 外，在工業(yè)領域，通過跟蹤單元進行控制，使焊炬及焊絲供給單元的移 動軌跡跟隨焊接線，從而自動地將接合對象相互焊接(例如，參照專利 文獻1 )。
在專利文獻1中公開了如下工藝如圖13所示，使用由焊絲供給 單元2'供給的填充焊絲F'，通過能量束B',尤其通過激光束的方 法來接合工件要素(接合對象)W'，其中，作為用于以機械方式掃描 由工件W'形成的接合部(焊接線)的形狀的要素，使用填充焊絲F ',所述接合部至少具有一個側方導向表面，由此使在能量束B'內(nèi)熔 融的填充焊絲F'的前端沿著工件W'的表面和側方導向表面受到引 導。并且，在專利文獻l中還公開了如下內(nèi)容通過傳感器檢測填充焊 絲F'的接觸壓力，自動控制焊絲供給單元2'相對于工件W'表面的 位置(第6欄的第9行至該欄的第13行)；焊絲F'自動地受相對于能 量束B'移動的焊絲供給單元2'的引導(第6欄的第20行至該欄的第 22行)等。
并且，從以往公開的技術還可想到機械跟蹤機構3',其如圖14所 示，在焊絲供給單元2'等上設有觸頭30'，使觸頭30'與接合對象W'接觸，從而使焊炬和焊絲供給單元2'跟隨焊接線Y'移動。該機械跟蹤機構3'構成為，觸頭30'以從焊絲供給單元2'突出預定長度的狀態(tài)被固定，在其前端與接合對象W'接觸的狀態(tài)下，焊絲供給單元2'能夠以預定角度及預定長度向焊接部位供給填充焊絲F'。
專利文獻1:美國專利笫6596962 B2號公報
但是，上述的現(xiàn)有技術中的專利文獻l所公開的技術而言，如圖13所示，由于一般填充焊絲F'從巻繞在滾筒上的狀態(tài)展開之后傳送給焊絲供給單元2',因而多數(shù)情況下存在巻繞痕跡，并且在相對于接合對象W'向垂直方向(參照圖13 (A)的箭頭)、水平(左右)方向(參照圖13 (B)的箭頭)進行強行按壓等時，因填充焊絲F'與接合對象W'接觸等而有時在接觸端20'到接合對象W'之間發(fā)生彎曲。因此，就算使填充焊絲F與接合對象W'接觸，也會存在由在焊炬及焊絲供給單元2'和焊接線Y'之間發(fā)生的填充焊絲F'的彎曲等而產(chǎn)生誤差的問題。并且，在專利文獻l中，由于填充焊絲F'彎曲，構成焊絲供給單元2'的接觸端20'的內(nèi)周面會被部分地摩擦而磨耗，因此存在接觸端20'的消耗過快的問題。
并且，在上述的現(xiàn)有技術中，在如圖14所示以從焊絲供給單元2'突出預定長度的狀態(tài)固定了觸頭30'的機械跟蹤機構3'中，焊接線Y在圖14中高度方向發(fā)生變化時，在使觸頭30'的前端與接合對象W'接觸的狀態(tài)下，將焊絲供給單元2'以相對于焊接部位保持預定的角度及距離的姿態(tài)進行移動時，存在能量束B'的照射位置和填充焊絲F'的供給位置發(fā)生偏離等的問題，并且存在為了避免這種現(xiàn)象而能夠焊接的接合對象W'的焊接線Y'受限制等的問題。
并且，如圖9(b)、圖11及圖12所示，接合對象W由于成形誤差等而在其間產(chǎn)生間隙S時，焊縫C凹陷或穿孔而發(fā)生外觀不良、接合強度不夠等的焊接不良，然而在現(xiàn)有技術中，沒有能對所產(chǎn)生的間隙應對的對策。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而作出的，其目的在于提供一種焊接裝置及
5焊接方法，能以筒單的結構，將焊炬及焊絲供給單元的移動軌跡準確地跟隨焊接線進行控制，并且使之追隨焊接線高度方向的變化移動而能夠?qū)⒔雍蠈ο笄‘數(shù)亟雍稀?br> 并且，本發(fā)明是鑒于上述問題而作出的，其目的在于提供一種焊接裝置及焊接方法，能以筒單的結構，即使在由成形誤差等而在接合對象之間形成間隙的情況下，也能應對該間隙而將接合對象恰當?shù)叵嗷ソ雍稀?br> 為解決上述課題，本發(fā)明第一技術方案的焊接裝置，包括焊炬，賦予焊接部位熱能；焊絲供給單元，向焊接部位供給填充焊絲；和跟蹤單元，使焊炬及焊絲供給單元的移動軌跡跟隨焊接線，通過焊絲供給單元向焊接部位供給填充焊絲，并且通過焊炬賦予烊接部位熱能，同時通過跟蹤單元使焊炬及焊絲供給單元沿著焊接線移動，從而將接合對象相互接合，其特征在于，跟蹤單元具有觸頭，該觸頭以能進退或能轉(zhuǎn)動的方式設置，與接合對象彈性地接觸。
為解決上述課題，本發(fā)明第二技術方案的焊接裝置，包括焊炬，賦予焊接部位熱能；焊絲供給單元，向焊接部位供給填充焊絲；和跟蹤單元，使焊炬及焊絲供給單元的移動軌跡跟隨焊接線，通過焊絲供給單元向焊接部位供給填充焊絲，并且通過焊炬賦予焊接部位熱能，同時通過跟蹤單元使焊炬及焊絲供給單元沿著焊接線移動，從而將接合對象相互接合，其特征在于，包括觸頭，其以能進退或能轉(zhuǎn)動的方式設置，與接合對象彈性地接觸；和控制單元，根據(jù)該觸頭的位移檢測在接合對象之間形成的間隙，根據(jù)該檢測出的間隙，控制由焊炬賦予的熱能和由焊絲供給單元供給的填充焊絲的供給速度中的至少一個。
并且，為解決上述課題，本發(fā)明第三技術方案的焊接方法，通過焊絲供給單元向焊接部位供給焊絲，并且通過焊炬賦予焊接部位熱能，同時通過跟蹤單元使焊炬及焊絲供給單元沿著焊接線移動，從而將接合對象相互接合，其特征在于，作為跟蹤單元設置能進退或能轉(zhuǎn)動的觸頭，通過使能進退或能轉(zhuǎn)動的觸頭與接合對象彈性地接觸，使焊炬及焊絲供給單元沿著焊接線移動。
為解決上述課題，本發(fā)明第四技術方案的焊接方法，通過焊絲供給
6單元向焊接部位供給焊絲，并且通過焊炬賦予焊接部位熱能，同時通過跟蹤單元使焊炬及焊絲供給單元沿著焊接線移動，從而將接合對象相互接合，其特征在于，設置觸頭，該觸頭以能進退或能轉(zhuǎn)動的方式設置，與接合對象彈性地接觸，根據(jù)該觸頭的位移檢測在接合對象之間形成的間隙，根據(jù)該檢測出的間隙，控制由焊炬賦予的熱能和由焊絲供給單元供給的填充焊絲的供給速度中的至少一個。
根據(jù)第一技術方案的焊接裝置，跟蹤單元具有觸頭，該觸頭以能進退或能轉(zhuǎn)動的方式設置，與接合對象彈性地接觸，通過這種簡單的結構
能夠提供如下的焊接裝置即使焊接線在高度方向發(fā)生變化的情況下，也能使焊炬及焊絲供給單元可靠且準確地跟隨焊接線移動，通過焊絲供給單元向焊接部位供給焊絲，并通過焊炬賦予焊接部位熱能,從而能夠?qū)⒔雍蠈ο笙嗷デ‘數(shù)亟雍稀?br> 根據(jù)第二技術方案的焊接裝置，包括觸頭，其以能進退或能轉(zhuǎn)動的方式設置，與接合對象彈性地接觸；和控制單元，根據(jù)該觸頭的位移檢測在接合對象之間形成的間隙，根據(jù)該檢測出的間隙，控制由焊炬供給的熱能和由焊絲供給單元供給的填充焊絲的供給速度中的至少 一個，通過這種筒單的結構能夠提供如下的焊接裝置即使由成形誤差等而在接合對象之間產(chǎn)生間隙的情況下，也能夠根據(jù)該間隙的大小，將接合對象相互恰當?shù)亟雍稀?br> 并且，根據(jù)第三技術方案的焊接方法，作為跟蹤單元設置能進退或能轉(zhuǎn)動的觸頭，使能進退或能轉(zhuǎn)動的觸頭與接合對象彈性地接觸，由此使焊炬及焊絲供給單元沿著焊接線移動，通過這種筒單的結構能夠提供如下的焊接方法能夠使焊炬及焊絲供給單元的移動軌跡準確地跟隨焊接線，由此將接合對象相互恰當?shù)亟雍稀?br> 根據(jù)第四技術方案的焊接方法，設置觸頭，該觸頭以能進退或能轉(zhuǎn)動的方式設置，與接合對象彈性地接觸，根據(jù)該觸頭的位移檢測在接合對象之間形成的間隙，根據(jù)該檢測出的間隙，控制由焊炬賦予的熱能和由焊絲供給單元供給的填充焊絲的供給速度中的至少一個，通過這種筒單的結構能夠提供如下的焊接方法即使由成形誤差等而在接合對象之間產(chǎn)生間隙的情況下，也能夠根據(jù)該間隙的大小將接合對象相互恰當?shù)亟雍?。以下，在本申請中例示被認定為能夠請求權利的發(fā)明(以下，存在(請求可能發(fā)明)的情況。請求可能發(fā)明至少包含作為記載在技術方案內(nèi)的發(fā)明的(本發(fā)明)或(本發(fā)明申請)，還包含本申請發(fā)明的下位概念發(fā)明、本申請發(fā)明的上位概念發(fā)明或其他概念的發(fā)明)的幾種方式，并對其進行說明。各方式與技術方案一樣，劃分項別，給各項編號，根據(jù)需要以引用其他項編號的形式進行記栽。這只是為了便于理解請求可能發(fā)明，對構成請求可能發(fā)明的結構要素的組合，不限于以下各項的記載。即，請求可能發(fā)明必須參照各項所附帶的記載、實施例的記載等來進行解釋，并且，只要依據(jù)其解釋，從各項的方式中添加其他結構要素
的方式、或從各項的方式中刪除結構要素的方式，也能獲得請求可能發(fā)
明的一個方式。并且，在以下的各項中，(1)項相當于技術方案1, (3)項相當于技術方案2, (5)項相當于技術方案3， (6)項相當于技術方案4。
(l)一種焊接裝置，包括焊炬，賦予焊接部位熱能；焊絲供給單元，向焊接部位供給填充焊絲；和跟蹤單元，使焊炬及焊絲供給單元的移動軌跡跟隨焊接線，通過焊絲供給單元向焊接部位供給填充焊絲，并且通過焊炬賦予焊接部位熱能，同時通過跟蹤單元使焊炬及焊絲供給單元沿著焊接線移動，從而將接合對象相互接合，其特征在于，跟蹤單元具有觸頭，該觸頭以能進退或能轉(zhuǎn)動的方式設置，與接合對象彈性地接觸。
在(1)項記載的發(fā)明中，使能進退或能轉(zhuǎn)動地設置的觸頭與接合對象彈性地接觸，將觸頭配置在前方使其與焊炬l及焊絲供給單元一起移動，通過焊絲供給單元供給填充焊絲，并且通過焊炬至少將熱能賦予填充焊絲，以使其熔融。此時，觸頭以能進退或能轉(zhuǎn)動的方式設置，由此其不能相對于焊炬及焊絲供給單元相對地朝左右方向(接合對象的焊接部位的寬度方向)進行位移，而只能在高度方向(接合對象的焊接部位的鉛直方向)進行位移，從而通過該觸頭與接合對象的接觸，沿著焊接線移動。因此，焊炬及焊絲供給單元同時準確地跟隨焊接線移動。并且，觸頭以彈性按壓的方式相對于接合對象接觸，因而即使焊接線在高度方向發(fā)生變化的情況下，也會追隨該高度方向。由于觸頭維持與接合對象接觸的狀態(tài)而進行移動，因此焊炬和焊絲供給單元也會準確地跟隨焊接線移動，而不受焊接線在高度方向產(chǎn)生的變化的影響，從而能夠恰當?shù)睾附咏雍蠈ο蟆?br> (2) 如(1)項記載的焊接裝置，其特征在于，觸頭在使其前端與 接合對象接觸的狀態(tài)下，朝移動方向前方傾斜。
在(2)項記載的發(fā)明中，觸頭在使其前端與接合對象接觸的狀態(tài) 下，朝移動方向前方傾斜，由此觸頭和焊炬及焊絲供給單元不會由于接 合對象的形狀被卡住等而受到妨礙，能夠穩(wěn)定地移動。
(3) —種焊接裝置，包括焊炬，賦予焊接部位熱能；焊絲供給 單元，向焊接部位供給填充焊絲；和跟蹤單元，使焊炬及焊絲供給單元 的移動軌跡跟隨焊接線，通過焊絲供給單元向焊接部位供給填充焊絲， 并且通過焊炬賦予焊接部位熱能，同時通過跟蹤單元使焊炬及焊絲供給 單元沿著焊接線移動，從而將接合對象相互接合，其特征在于，包括 觸頭，其以能進退或能轉(zhuǎn)動的方式設置，與接合對象彈性地接觸；和控 制單元，根據(jù)該觸頭的位移檢測在接合對象之間形成的間隙，根據(jù)該檢 測出的間隙，控制由焊炬賦予的熱能和由焊絲供給單元供給的填充焊絲 的供給速度中的至少一個。
在(3)項記載的發(fā)明中，使觸頭與所要接合的接合對象之間彈性 地接觸，從而與焊炬及焊絲供給單元一起沿著焊接線移動。此時，觸頭 以能進退或能轉(zhuǎn)動的方式設置，與接合對象彈性地接觸，由此與在接合 對象之間形成的間隙對應地進行位移?？刂茊卧鶕?jù)該觸頭的位移檢測 在接合對象之間形成的間隙，根據(jù)該檢測出的間隙的大小控制由悍炬賦 予的熱能和由焊絲供給單元供給的填充焊絲的供給速度中的至少一個。 因此，即使由成形誤差等而在接合對象之間產(chǎn)生間隙的情況下，也不會 受該間隙的大小的影響，能夠恰當?shù)貙⒔雍蠈ο笙嗷ソ雍稀?br> (4) 如(3)所記載的焊接裝置，其特征在于，觸頭在使其前端與 接合對象接觸的狀態(tài)下，朝與移動方向交叉的方向傾斜。
在(4)項記載的發(fā)明，在(3)項記載的發(fā)明中，觸頭在使其前端 與接合對象接觸的狀態(tài)下，朝與移動方向交叉的方向傾斜，由此實現(xiàn)了 與在接合對象之間形成的間隙對應的觸頭的位移。
(5) —種焊接方法，通過焊絲供給單元向焊接部位供給焊絲，并且通過焊炬賦予焊接部位熱能，同時通過跟蹤單元使焊炬及焊絲供給單 元沿著焊接線移動，從而將接合對象相互接合，其特征在于，作為跟蹤 單元設置能進退或能轉(zhuǎn)動的觸頭，通過使能進退或能轉(zhuǎn)動的觸頭與接合 對象彈性地接觸，使焊炬及焊絲供給單元沿著焊接線移動。
在(5)項記載的發(fā)明中，使作為跟蹤單元以能進退或能轉(zhuǎn)動的方 式設置的觸頭與接合對象彈性地接觸，將觸頭配置在前方使其與焊炬及 焊絲供給單元一起移動，通過焊絲供給單元供給填充焊絲，并且通過焊 炬至少將熱能賦予填充焊絲，以使其熔融。此時，觸頭以能進退或能轉(zhuǎn) 動的方式設置，由此其不能相對于焊炬及焊絲供給單元相對地朝左右方 向(接合對象的焊接部位的寬度方向)進行位移，而只能在高度方向(接 合對象的焊接部位的鉛直方向)進行位移，從而通過該觸頭與接合對象 的接觸，沿著焊接線移動。因此，焊炬及焊絲供給單元同時準確地跟隨 焊接線移動。并且，觸頭以彈性按壓的方式相對于接合對象接觸，因而 即使焊接線在高度方向發(fā)生變化的情況下，也會追隨該高度方向，并維 持與接合對象接觸的狀態(tài)而進行移動，因此焊炬和焊絲供給單元也會準 確地跟隨焊接線移動，而不受焊接線在高度方向產(chǎn)生變化的影響，從而 能夠恰當?shù)睾附咏雍蠈ο蟆?br> (6)—種焊接方法，通過焊絲供給單元向焊接部位供給焊絲，并 且通過焊炬賦予焊接部位熱能，同時通過跟蹤單元使焊炬及焊絲供給單 元沿著焊接線移動，從而將接合對象相互接合，其特征在于，設置觸頭， 該觸頭以能進退或能轉(zhuǎn)動的方式設置，與接合對象彈性地接觸，根據(jù)該 觸頭的位移檢測形成于接合對象之間的間隙，根據(jù)該檢測出的間隙，控 制由焊炬賦予的熱能和由焊絲供給單元供給的填充焊絲的供給速度中 的至少一個。
在(6)項記載的發(fā)明中，將觸頭以能進退或能轉(zhuǎn)動的方式設置， 以使其與接合對象之間彈性地接觸，從而與焊炬及焊絲供給單元一起沿
著焊接線移動。此時，觸頭以能進退或能轉(zhuǎn)動的方式設置，與接合對象 彈性地接觸，由此與在接合對象之間形成的間隙對應地進行位移。并且， 根據(jù)觸頭的該位移，檢測在接合對象之間形成的間隙，根據(jù)該檢測出的 間隙的大小控制由焊炬賦予的熱能和由焊絲供給單元供給的填充焊絲 的供給速度中的至少一個。因此，即使由成形誤差等而在接合對象之間
10產(chǎn)生間隙的情況下，也不會受該間隙的大小的影響，能夠恰當?shù)貙⒔雍?對象相互接合。


圖1是從為了說明本發(fā)明焊接裝置而簡要表示的從橫方向看到的狀
態(tài)的圖1 (A)和從其前進方向的正面看到的圖1 (B)。
圖2是為了說明本發(fā)明焊接裝置的跟蹤單元的主要部分而表示的側視 圖。
圖3是為了說明本發(fā)明焊接裝置適應焊接線在高度方向發(fā)生變化的情況 的狀態(tài)而表示的側視圖。
圖4是表示本發(fā)明焊接裝置的與圖2不同的實施方式的主要部分側視
圖5是為了說明在本發(fā)明中釆用MIG電弧焊用焊炬的情況而表示的主 要部分側^L圖。
圖6是為了說明在本發(fā)明中采用TIG電弧焊用焊炬或等離子焊接用焊 炬的情況而表示的主要部分側視圖。
圖7是為了說明能夠檢測在本發(fā)明的接合對象上產(chǎn)生的間隙的焊接裝置 而表示的簡圖。
圖8是用于說明由觸頭檢測間隙的狀態(tài)的圖。
圖9是表示與所檢測出的間隙對應地進行焊接的焊縫的狀態(tài)的圖。
圖10是為了說明所檢測出的間隙和焊炬的輸出或由焊絲供給單元供給 的填充焊絲的供給速度的控制之間的關系而表示的圖表。
圖11是表示通過能進退地設置的觸頭來檢測搭接填角焊的接合對象的 間隙的狀態(tài)的說明圖。
圖12是表示通過能轉(zhuǎn)動地設置的觸頭來檢測搭接填角焊的接合對象的 間隙的狀態(tài)的說明圖。圖13是為了說明使用填充焊絲進行跟蹤的現(xiàn)有技術而簡要表示的從橫 方向看到的狀態(tài)的圖13 (A)和在其前進方向的正面看到的圖13 (B)。
圖14是表示觸頭被固定的現(xiàn)有技術的說明圖。 標號說明
B激光束
F填充焊絲
W接合對象
Y焊接線
C焊縫
S間隙
D激光束的直徑
1焊炬
2焊絲供給單元
3跟蹤單元
30A能進退地設置的觸頭
30B能轉(zhuǎn)動地設置的觸頭
控制單元
20接觸端
具體實施方式
首先，根據(jù)圖1至圖4,對本發(fā)明坪接裝置的第一實施方式進行詳 細的i兌明。本發(fā)明的焊接裝置大致包括焊炬1,賦予焊接部位熱能；焊絲供 給單元2，向焊接部位供給填充焊絲F;和跟蹤單元3，進行控制而使 焊炬1及焊絲供給單元2的移動軌跡跟隨焊接線Y;跟蹤單元3具有觸 頭30A或30B，該觸頭30A或30B以能進退或能轉(zhuǎn)動的方式設置，與 接合對象W彈性地接觸；通過焊絲供給單元2向焊接部位供給填充焊 絲F,并且通過焊炬l賦予熱能，同時使跟蹤單元3的觸頭30A或30B 與接合對象W彈性地接觸，由此使焊炬1及焊絲供給單元2跟隨焊接 線Y移動，從而將接合對象W相互接合。
參照圖7，本實施方式中的焊炬l，通過照射從激光振蕩器10以預 定的輸出功率振蕩的激光束B來賦予熱能，其具有能夠控制該激光束B 使之以預定的焦距及預定的直徑進行照射的透鏡組11。
焊絲供給單元2具有傳送裝置，其能夠控制從巻繞在滾筒上的狀 態(tài)展開的填充焊絲F使之以預定的速度傳送；和接觸端20,將由該傳 送裝置傳送的填充焊絲F向照射有激光束B的焊接部位供給。
觸頭30A大致以棒狀成形，在本實施方式中，其被保持在與焊絲供 給單元2的接觸端20相鄰而設置的外殼31內(nèi)，該觸頭30A只能在其軸 方向作進退移動。并且，在觸頭30A的底端和外殼31之間夾入安裝有 彈簧32A，該彈簧32A對觸頭30A進行施力使其從外殼31彈性地突出。 其中，觸頭30A雖然受彈簧32A的施力而從外殼31突出，但也可以是 ^沒有用于防止從外殼31脫離的防脫才幾構。觸頭30A與接合對象W接觸 的前端的形狀，可根據(jù)接合對象的截面形狀選擇例如錐形、球狀等。
如圖1所示，焊炬l、接觸端20及用于保持觸頭30A的外殼31被 由設在機器人4的臂40上的電動機或彈簧等構成的轉(zhuǎn)動施力單元36支 承，其在圖1 (A)中用單點劃線表示的軸線周圍轉(zhuǎn)動，如在圖1 (B) 中表示的箭頭X所示，以填充悍絲F及觸頭30A、 30B從橫方向按壓在 接合對象W的高度差部的方式受到施力，并且，所述部件都以能夠相 對于焊接線Y朝左右方向(寬度方向)移動的方式被支承在機器人4 的臂上。另外，接觸端20及用于保持觸頭30A的外殼31被設在焊炬1 上的具有彈簧等的伸長施力單元37支承，如圖l(B)中用箭頭Z所示， 以相對于接合對象W按壓的方式受到施力。轉(zhuǎn)動施力單元36和伸長施 力單元37包含在跟蹤單元3中。焊炬l、接觸端20及觸頭30A的配置
13如下從焊接線Y的焊接結束位置朝焊接開始位置，以觸頭30A、接觸 端20、焊炬l的順序并排的方式排列。并且，在本實施方式中，以將激 光束B向相對于接合對象W的表面大致鉛直的方向照射的方式配置焊 炬l，相對于此，以從移動方向前方傾斜地供給填充焊絲F的方式配置 接觸端20。
接著，將本發(fā)明焊接方法的第一實施方式，根據(jù)使用如上所述地構 成的焊接裝置的情況，與其動作一起進行詳細說明。
本發(fā)明的焊接方法大致如下作為跟蹤單元3設置能進退或能轉(zhuǎn)動 的觸頭30A或30B，其與接合對象W彈性地接觸，通過焊絲供給單元 2向焊接部位供給填充焊絲F，并且通過焊炬l賦予熱能，周時使其跟 隨焊接線Y移動，從而將焊接對象W相互接合。
如上所述，焊炬1和接觸端20被支承在機器人4的臂40上，并且 在設置于焊絲供給單元2的接觸端20上的外殼31內(nèi)，使觸頭30A只能 朝其軸方向進退移動的方式進行保持，由此，觸頭30A不能相對于焊炬 1和接觸端20相對地朝左右方向(X方向)進行位移，而能夠在高度方 向(Z方向)進行位移。并且，焊炬l、接觸端20及用于保持觸頭30A 的外殼31均以能夠朝左右方向(X方向)移動的方式被機器人4的臂 40支承。因此，通過機器人4的驅(qū)動，在使觸頭30A的前端以彈性按 壓的方式與接合對象W接觸的狀態(tài)下，使同時被支承在臂40上的焊炬 1、接觸端20及觸頭30A從焊接開始位置朝焊接結束位置移動的話，觸 頭30A會沿著與接合對象W的形狀對應的焊接線Y移動。并且，由于 焊炬1和接觸端20不能與觸頭30A相對地朝左右方向(X方向)進行 位移，因此與觸頭30A—樣，沿著與接合對象W的形狀對應的焊接線 Y、即跟隨焊接線Y而在左右方向(X方向)進行位移的同時移動。
并且，如圖3所示，由接合對象W的形狀，焊接線Y在高度方向 (圖3中的上下Z方向)發(fā)生變化的情況下，觸頭30A由于只允許在 其軸方向進退移動的方式被保持在外殼31內(nèi)，并且受彈簧32A的彈性 施力，因此會追隨焊接線Y在高度Z方向產(chǎn)生的變化進退移動，從而 總是維持與接合對象W接觸的狀態(tài)。因此，焊炬1和接觸端20不受焊 接線Y在高度Z方向的變化的影響，準確地跟隨焊接線Y移動，從而 能夠恰當?shù)睾附咏雍蠈ο骔。并且，觸頭30A設在以預定角度傾斜而被支承的接觸端20上，由 此在將其前端與接合對象W接觸的狀態(tài)下朝移動方向前方傾斜。因此， 在使觸頭30A與焊炬1及接觸端20 —起移動時，觸頭30A不會因接合 對象W的形狀而卡住，因而不會妨礙其移動。
接著，根據(jù)圖4對本發(fā)明第一實施方式的變形例進行說明。其中， 對于與上述實施方式相同的或與其相當?shù)牟糠?，使用相同的標號，省?其說明，只說明不同的部分。
在上述的實施方式中，觸頭30A以能進退的方式設置，相對于此， 在本實施方式中，觸頭30B以能轉(zhuǎn)動的方式i更置。
在接觸端20上設有托架33,在觸頭30B的底端部或中間部設有轉(zhuǎn) 動軸34，轉(zhuǎn)動軸34以朝相對于焊接線Y垂直相交的方向延伸的方式可 轉(zhuǎn)動地被樞軸支承在托架33上。并且，在轉(zhuǎn)動軸34上設有彈簧32B， 彈簧32B的一端與設在托架33上的止動器35扣合，由此觸頭32B不 能相對于焊炬1和接觸端20相對地朝左右方向位移，而以使其前端彈 性按壓在接合對象W的方式受到轉(zhuǎn)動施力，從而朝移動方向Y前方傾 斜。
在如此構成的焊接裝置中，如圖4中的點劃線所示，即使焊接線Y 在高度Z方向發(fā)生變化的情況下，觸頭30B的前端也會以彈性按壓在 接合對象W的方式受到施力，因此追隨焊接線Y向高度Z方向的變化 而轉(zhuǎn)動，從而總是維持與接合對象W接觸的狀態(tài)。因此，焊炬1和接 觸端20不受焊接線Y在高度Z方向的變化的影響，準確地跟隨焊接線 Y移動，從而能夠恰當?shù)睾附咏雍蠈ο骔。并且，由于前端在與接合對 象W接觸的狀態(tài)下朝移動方向前方傾斜，因此在將觸頭30B與焊炬1 及接觸端20 —起移動時，觸頭30B不會因接合對象W的形狀而卡住， 因此不會妨礙其移動。
并且，本發(fā)明還可以適用于由不使接合對象W熔融的釬焊進行接 合的情況，并且還可以適用于使接合對象W與填充焊絲F —起熔融的 情況。并且，本發(fā)明可以適用于對接接頭、彎頭連接、T型連接、刃型 連接、搭接等中。并且，本發(fā)明不限于上述的實施方式，如圖5所示， 還可以適用于MIG電弧焊中。并且，本發(fā)明還可以適用于具有如圖6所示的鵠電極6的TIG電弧焊、等離子焊接中。
接著，根據(jù)圖7至圖12對本發(fā)明焊接裝置的第二實施方式進行詳 細的說明。其中，對與上述的第一實施方式相同或與其相當?shù)牟糠?，?用相同的標號，省略其說明，只說明不同的部分。
本發(fā)明的焊接裝置大致包括焊炬1,賦予焊接部位熱能；焊絲供 給單元2，向焊接部位供給填充焊絲F;跟蹤單元3，進行控制而使焊 炬l及焊絲供給單元2的移動軌跡跟隨焊接線；觸頭30A或30B，以能 進退或能轉(zhuǎn)動的方式設置，與接合對象W彈性地接觸；和控制單元7， 根據(jù)該觸頭30A或30B的位移檢測在接合對象W之間形成的間隙S, 根據(jù)該檢測出的間隙S ，控制由焊炬1賦予的熱能和由焊絲供給單元2 供給的填充焊絲F的供給速度中的至少一個；通過焊絲供給單元2向焊 接部位供給填充焊絲F，并且通過焊炬l賦予熱能，同時通過跟蹤單元 3使焊炬1及焊絲供給單元2沿著焊接線Y移動，從而將焊接對象W 相互接合。
如圖7所示，焊炬1用于照射從激光振蕩器10以預定的輸出功率 振蕩的激光束B，其具有控制該激光束B使之能夠以預定的焦距及預定 的直徑進行照射的透鏡組ll。并且，焊絲供給單元2具有將填充焊絲F 供給給照射了激光束B的焊接部位的接觸端20。
觸頭30A大致以棒狀成形，在本實施方式中，其被保持在與焊絲供 給單元2的接觸端20相鄰而設置的外殼31內(nèi)，該觸頭30A只能在其軸 方向作進退移動。并且，在觸頭30A的底端和外殼31之間夾入安裝有 彈簧32A,該彈簧32A對觸頭30A進行施力使其從外殼31彈性地突出。 參照圖1，焊炬l、焊絲供給單元2的接觸端20及保持了觸頭30A 的外殼31，均以能夠在用箭頭X表示的左右方向移動的方式被支承在 機器人4的臂40上。焊炬l、焊絲供給單元2的接觸端20及觸頭30A 的配置如下從焊接線Y的焊接結束位置朝焊接開始位置，以觸頭30A、 焊絲供給單元2的接觸端20、焊炬1的順序并排的方式排列。并且，在 圖8及圖9所示的實施方式中，接合對象W由彎曲的板材構成，圖8 及圖9中的水平部Wal、 Wa2在高度不同的狀態(tài)下被接合。其中，焊 接線Y在圖7中朝左右方向延伸，而在圖8及圖9中朝與紙面垂直的方向延伸。
在本實施方式中，如圖8所示，觸頭30A被配置成，大致位于相對 于焊接線Y垂直相交的方向且朝較低一方的水平部Wa2側傾斜，與兩 個接合對象W的焊接部位彈性地接觸。
接著，將本發(fā)明焊接方法的第二實施方式，按照使用如圖7至圖9 所示構成的焊接裝置的情況，與其動作一起進行詳細說明。其中，對于 與上述的笫一實施方式相同的或與其相當?shù)牟糠质褂孟嗤臉颂?，省?其說明，只說明不同的部分。
本發(fā)明的焊接方法大致如下通過焊絲供給單元2向焊接部位供給 填充焊絲F，并且通過焊炬l賦予熱能，同時通過跟蹤單元3使焊炬1 及接觸端20沿著焊接線Y移動，從而將焊接對象W相互接合，其中， 設置觸頭30A或30B,所述觸頭30A或30B能進退或能轉(zhuǎn)動地設置， 與接合對象W彈性地接觸，根據(jù)觸頭30A或30B的位移檢測在接合對 象W之間形成的間隙S，根據(jù)檢測出的間隙S，控制由焊炬l賦予的熱 能和由焊絲供給單元2供給的填充焊絲F的供給速度中的至少一個。
如圖8及圖9 (a)所示，作為接合對象的被彎曲的板材W,通常 使其焊接部位相互靠近的方式定位而進行保持。但是，如圖8及圖9( b ) 所示，由于板材W的成形精度等，存在相互的垂直部Wbl、 Wb2部分 地或整體分離而產(chǎn)生間隙S的情況。因此，在本實施方式中，首先在焊 接之前使觸頭30A與兩個板材W的焊接部位彈性地接觸時，檢測觸頭 30A的底端面與外殼31之間的距離L。即，如圖8(a)所示，在兩個 板材W的焊接部位不產(chǎn)生間隙S的狀態(tài)下，觸頭30A的底端面與外殼 31之間的長度為La，相對于此，如圖8 (b)所示，在兩個板材W的 焊接部位產(chǎn)生間隙S的狀態(tài)下，觸頭30A以從外殼31進而突出的方式 位移而使觸頭30A的底端面與外殼31之間的距離成為Lb。
在控制單元7中，接收到檢測出的該距離L，如圖IO所示，距離L 大的情況下，判斷為發(fā)生了與該大小對應的間隙S，因此加快填充焊絲 F的供給速度，增加對焊接部位的每單位時間的供給量，與間隙S的大 小對應地，將激光束B在焊接部位中的直徑D從Da擴大為Db;和/或， 與間隙S的大小對應地，增大激光束B的輸出功率。由此，如圖9(b)所示，在產(chǎn)生間隙s的兩個板材w的焊接部位上，在焊縫c上不發(fā)生 凹陷或穿孔，外觀美觀，從而能夠恰當?shù)睾附觾蓚€板材w。
本發(fā)明不限于本實施方式，如圖8所示，還能通過檢測對觸頭30A 施力使其突出的彈簧32A的負荷或壓力來檢測觸頭30A的位移。
并且，本發(fā)明還可采用如圖4所示的能轉(zhuǎn)動地設置的觸頭30B來代 替如圖8所示的能進退地設置的觸頭30A。此時，能夠根據(jù)觸頭30B的 角度、彈簧32B的負荷等來檢測其位移。
圖ll用于表示用于說明在對接合對象W進行搭接填角焊時，設置 能進退的觸頭30A,檢測在兩個接合對象W之間產(chǎn)生的間隙S的情況。 在兩個接合對象W之間不產(chǎn)生間隙S的情況下，與兩個接合對象W接 觸的觸頭30A的位置用實線表示。相對于此，在兩個接合對象W之間 產(chǎn)生間隙S的情況下，與兩個接合對象W接觸的觸頭30A的位置用點 劃線表示。即，與在接合對象W之間產(chǎn)生的間隙S對應地，觸頭30A 的位置不同。因此，在本發(fā)明中，通過檢測該觸頭30A突出的長度或觸 頭30A的底端面與外殼31之間的距離L、彈簧32A的負荷等、觸頭30A 的位置變化及位移，檢測在接合對象W之間產(chǎn)生的間隙S。
圖12用于表示用于說明在對接合對象W進行搭接填角焊時，設置 能轉(zhuǎn)動的觸頭30B,檢測在兩個接合對象W之間產(chǎn)生的間隙S的情況。 在兩個接合對象W之間不產(chǎn)生間隙S的情況下，與兩個接合對象W接 觸的觸頭30B的位置用實線表示。相對于此，在兩個接合對象W之間 產(chǎn)生間隙S的情況下，與兩個接合對象W接觸的觸頭30B的位置用點 劃線表示。即，與在接合對象W之間產(chǎn)生的間隙S對應地，觸頭30B 的位置不同。因此，在本發(fā)明中，通過檢測該觸頭30B的轉(zhuǎn)動角度6 、 對觸頭30B施力的彈簧32B的負荷等(參照圖4)、觸頭30B的位移， 檢測在接合對象W之間產(chǎn)生的間隙S。
本發(fā)明不限于上述的實施方式。為了檢測在接合對象W之間產(chǎn)生 的間隙S，沒必要必須使觸頭30A或30B朝與焊接線Y垂直相交的方 向傾斜，在通過將觸頭30A或30B的與接合對象W接觸的部分形成得 比假定的最大間隙S大，使觸頭30A或30B朝相對于接合對象W的表 面鉛直的方向延伸而i殳置的情況下，或使其朝移動方向前方傾斜而i殳置的情況等時，都能夠檢測在接合對象w之間產(chǎn)生的間隙s。
并且，本發(fā)明還可適用于代替激光束B而照射電子束等其他高能束 的情況，并且，與上述的實施方式一樣，還可采用在MIG電弧焊(參 照圖5)、 TIG電弧焊用或等離子焊接(參照圖6)上。觸頭30A、 30B 不限于以通過由彈簧30A、 32B施力而與接合對象W彈性地接觸的方 式構成的情況，還能以例如通過由觸頭30A、 30B的自重等而進退或轉(zhuǎn) 動來與接合對象W彈性地接觸的方式構成。
19
權利要求
1.一種焊接裝置，包括焊炬，賦予焊接部位熱能；焊絲供給單元，向焊接部位供給填充焊絲；和跟蹤單元，使焊炬及焊絲供給單元的移動軌跡跟隨焊接線，通過焊絲供給單元向焊接部位供給填充焊絲，并且通過焊炬賦予焊接部位熱能，同時通過跟蹤單元使焊炬及焊絲供給單元沿著焊接線移動，從而將接合對象相互接合，其特征在于，跟蹤單元具有觸頭，該觸頭以能進退或能轉(zhuǎn)動的方式設置，與接合對象彈性地接觸。
2. —種焊接裝置，包括焊炬，賦予焊接部位熱能；焊絲供給單 元，向焊接部位供給填充焊絲；和跟蹤單元，使焊炬及焊絲供給單元的 移動軌跡跟隨焊接線，通過焊絲供給單元向焊接部位供給填充焊絲，并且通過焊炬賦予焊 接部位熱能，同時通過跟蹤單元使焊炬及焊絲供給單元沿著焊接線移 動，從而將接合對象相互接合，其特征在于，包括觸頭，其以能進退或能轉(zhuǎn)動的方式設置，與接合對象彈性地接觸；和控制單元，根據(jù)該觸頭的位移檢測在接合對象之間形成的間隙，根 據(jù)該檢測出的間隙，控制由焊炬賦予的熱能和由焊絲供給單元供給的填 充焊絲的供給速度中的至少一個。
3. —種焊接方法，通過焊絲供給單元向焊接部位供給悍絲，并且 通過焊炬賦予焊接部位熱能，同時通過跟蹤單元使焊炬及焊絲供給單元 沿著焊接線移動，從而將接合對象相互接合，其特征在于，作為跟蹤單元設置能進退或能轉(zhuǎn)動的觸頭，通過使能進退或能轉(zhuǎn)動的觸頭與接合對象彈性地接觸，使焊炬及焊 絲供給單元沿著焊接線移動。
4. 一種焊接方法，通過焊絲供給單元向焊接部位供給焊絲，并且 通過焊炬賦予焊接部位熱能，同時通過跟蹤單元使垾炬及焊絲供給單元 沿著焊接線移動，從而將接合對象相互接合，其特征在于，設置觸頭，該觸頭以能進退或能轉(zhuǎn)動的方式設置，與接合對象彈性 地接觸，根據(jù)該觸頭的位移檢測在接合對象之間形成的間隙，根據(jù)該檢測出的間隙，控制由焊炬賦予的熱能和由焊絲供給單元供 給的填充焊絲的供給速度中的至少一個。
全文摘要
本發(fā)明的焊接裝置具有照射激光束(B)的焊炬、供給填充焊絲的焊絲供給單元(2)和進行控制而使焊炬(1)和焊絲供給單元(2)的移動軌跡跟隨焊接線的跟蹤單元(3)。跟蹤單元(3)具有觸頭(30A)，該觸頭(30A)以能進退的方式設置，與接合對象(W)彈性地接觸。通過向焊接部位供給填充焊絲(F)，并且照射激光束(B)，同時使跟蹤單元(3)的觸頭(30A)與接合對象(W)彈性地接觸，使焊炬和焊絲供給單元(2)跟隨焊接線移動，從而將接合對象(W)相互接合。
文檔編號B23K9/127GK101687282SQ20088002310
公開日2010年3月31日 申請日期2008年7月3日 優(yōu)先權日2007年7月4日
發(fā)明者三方博成, 丹沢雅樹, 井畑伸士, 內(nèi)田圭亮, 大野政喜, 宮島宏, 富士本博紀, 西尾匡弘 申請人:豐田自動車株式會社